EP3110651A1 - Steuereinrichtung und verfahren zur antriebsschlupfregelung für ein elektrisches antriebssystem - Google Patents

Steuereinrichtung und verfahren zur antriebsschlupfregelung für ein elektrisches antriebssystem

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EP3110651A1
EP3110651A1 EP14821177.4A EP14821177A EP3110651A1 EP 3110651 A1 EP3110651 A1 EP 3110651A1 EP 14821177 A EP14821177 A EP 14821177A EP 3110651 A1 EP3110651 A1 EP 3110651A1
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EP
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current
vehicle
speed
wheels
voltage converter
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EP14821177.4A
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Emile Kruijswijk
Julien KUEHL
Markus Becker
Vincent SCHULTE-COERNE
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a control device and a method for
  • ABS anti-lock braking systems
  • ESP Stability Programs
  • TCS Traction Control Systems
  • Traction control systems require a large number of sensors whose measured values directly or indirectly suggest the slip between the ground and the vehicle wheel.
  • Typical sensors are steering angle sensors, yaw rate sensors,
  • the present invention therefore provides, in one aspect, a controller for a n-phase electric machine, n> 1, feeding an electrically powered vehicle voltage converter, having an observer unit configured to maintain a current speed of the electric machine and a current output current of the electric machine Voltage transformer to determine a calculation unit, which with the
  • Observer unit is coupled, and which is adapted to calculate in dependence on the determined current speed, a current wheel speed of the wheels of the vehicle, and a slip control unit, which with the Calculation unit is coupled, and which is adapted to the output current of the voltage converter at least temporarily with a current correction amount
  • the present invention according to another aspect provides an electrical
  • Control device which is coupled to the electric machine and the voltage converter, and which is adapted to a
  • the present invention according to another aspect provides an electrical
  • the present invention provides according to another aspect of a method for traction control in an electric drive system for an electrically powered vehicle, which has a n-phase electric machine, n> 1, feeding voltage converter of an electrically operated vehicle.
  • the method includes the steps of determining a current speed of the electric machine and a current output current of the voltage converter, calculating a current wheel speed of the wheels of the vehicle in dependence on the determined current speed, and at least temporarily biasing the output current of the voltage converter with a Amount of current correction when the instantaneous change in the wheel speed of the wheels exceeds a first predetermined threshold.
  • One idea of the present invention is to provide a traction control system in an electrically powered vehicle such as an electric car or a vehicle
  • Target torque via an adjustment of the output current of the voltage converter of electric drive system is to be reduced.
  • a significant advantage of this approach is that no additional sensors such as steering angle sensors, yaw rate sensors, acceleration sensors, and wheel speed sensors need to be implemented in the electric drive system or vehicle, so the implementation cost of the
  • Traction control can be kept low.
  • the invention can be used in vehicles with electric drive, such as
  • Front-wheel drive, rear-wheel drive or all-wheel drive can be used.
  • Electrically powered vehicles according to the invention can vehicles with one or more
  • Be electric motors which may optionally also have combustion engines.
  • the calculation unit may be configured to determine a current value from the determined current output current
  • control device the
  • control device the
  • the slip control unit is further configured to control the output flow of the
  • the method may further comprise the steps of calculating a current vehicle speed of the vehicle from the determined current output current, comparing the calculated current vehicle speed of the vehicle with the wheel speed of the wheels of the vehicle depending on the determined current speed, and the at least temporary one Including the output current of the voltage converter with a current correction amount include when the wheel speed of the wheels deviates from the calculated current vehicle speed of the vehicle by more than a second predetermined threshold.
  • calculating the current vehicle speed of the vehicle may include calculating a current drive torque from the determined current output flow, adjusting the calculated current drive torque by a current driving resistance
  • Calculating a driving torque applied to the wheels and comprising calculating the current vehicle speed of the vehicle via the adjusted torque applied to the wheels.
  • the method may further include the step of at least temporarily biasing the output current of the
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electric drive system for an electrically powered vehicle according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a control device for
  • Fig. 3 is a schematic representation of a method for
  • FIG. 1 shows an electric drive system 1 with a driver-desired sensor 9, a vehicle control unit 2, a voltage converter 3 and an electric machine 4.
  • the feeding of multiphase current into the electric machine 4 is accomplished by a voltage converter 3, for example in the form of a pulse-controlled inverter.
  • a voltage converter 3 for example in the form of a pulse-controlled inverter.
  • the voltage converter 3 is used to convert DC or AC voltage provided by one or more energy storage devices (not shown) of the vehicle into an n-phase AC voltage. It may also be possible that the
  • Energy storage devices of the vehicle are integrated into the voltage converter 3, for example in a battery direct converter (BDI).
  • BDI battery direct converter
  • the voltage converter 3 energy storage cell modules with series-connected batteries 5a to 5n,
  • the coupling elements of the coupling devices can be controlled in such a way, for example by means of the control device 10, that the individual energy storage cell modules are selectively used to supply power to the electric machine 4.
  • suitable control of the coupling devices can therefore individual
  • Output voltage of the voltage converter 3 can be used.
  • three phase lines are shown in FIG. 1, which are suitable for outputting a three-phase alternating voltage, for example for a three-phase three-phase machine 4.
  • the electric machine 4 may comprise, for example, an asynchronous machine, a synchronous machine, a switched reluctance machine or a transverse flux machine.
  • the electric drive system 1 further comprises a control device 10, which is connected to the voltage converter 3, and by means of which the voltage converter 3 can be controlled in order to provide the desired output voltages at the respective phase terminals of the electric machine 4.
  • the driver of the vehicle informs the system of his driver's request F via the driver's desired sensor 9, for example an accelerator pedal or another input device.
  • the driver's request F for example an acceleration, braking or holding the speed is converted by the vehicle control unit 2 in a corresponding requested torque Ms, with which the voltage converter 3 is driven, for example via a CAN bus as a desired signal.
  • the voltage converter 3 in turn or the associated control device 10 sets the output voltage or the output current I am
  • Transducer output that is, on the n phase lines, such that the electric machine 4 can deliver the desired target torque.
  • the electric machine 4 moves the connected motor shaft at a speed n1, which can optionally be transformed via a gear 5 according to the ratio in a second speed n2.
  • the connected differential 6 then distributes the torque via a wheel axle 8 to one or more wheels 7a, 7b.
  • control device 10 may further a traction control of the electric
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a control device 10 which can be used, for example, in the electric drive system 1 of FIG. 1.
  • the control device 10 comprises an observer unit 11, which is designed to have a current rotational speed nm of the electric machine 4 and a current one
  • the current speed nm can for example be tapped directly on the electric machine 4 or on the motor shaft become.
  • the current output current Im of the voltage converter 3 can be tapped, for example, via a current sensor 3a on the phase lines of the electric machine 4.
  • the observer unit 11 is coupled to a calculation unit 12 and transmits the determined parameters nm and Im to the calculation unit 12. This in turn can be designed to be determined from the determined current
  • the calculation unit 12 can calculate, for example, a current drive torque from the output current Im. By subtracting a speed-dependent travel resistance from the current drive torque, the calculation unit 12 calculates an adjusted drive torque which actually acts on the wheels 7a, 7b.
  • the estimated or known vehicle weight makes it possible to deduce the adjusted drive torque for the acceleration of the vehicle.
  • An integration over the current acceleration of the vehicle over a measuring period makes it possible to determine the vehicle speed.
  • the observer unit 11 may furthermore have one or more input variables vm for improving the estimated
  • the input variable vm may be, for example, a vehicle speed known to the GPS system of the vehicle or a similar external parameter.
  • the calculation unit 12 can correspondingly input this input quantity vm when calculating the vehicle speed of the vehicle
  • Vehicle speed may not fall below the wheel speed.
  • the calculation unit 12 may finally calculate the calculated current
  • Vehicle speed of the vehicle with the dependent of the determined current speed nm wheel speed of the wheels of the vehicle compare.
  • the calculation unit 12 can use the comparison of vehicle speed and wheel speed to determine a time-dependent course of the slip of the wheels 7a, 7b determine. This course of the slip can be forwarded to a slip control unit 13, which is coupled to the calculation unit 12.
  • the slip control unit 13 may be configured to control the output current I of the
  • Vehicle speed calculation or determination is dependent, it may be advantageous to resort to a control mechanism that is not necessarily reliant on the vehicle speed calculation.
  • the control mechanism that is not necessarily reliant on the vehicle speed calculation.
  • Slip control unit 13 may be configured to at least temporarily apply a current correction amount to the output current I of the voltage converter 3 if the instantaneous change in the wheel speed of the wheels exceeds another predetermined threshold, that is, if the slip change is too fast. Finally, as an alternative or in addition, it is also possible to apply a current correction amount to the output current I of the voltage converter 3 at least temporarily by the slip-control unit 13, if the instantaneous change in the
  • Vehicle speed of the vehicle deviates by more than a third predetermined threshold, that is, when there is too high wheel acceleration. In the latter case is not based on the absolute value of the calculated
  • Vehicle speed resorted only to a relative change in the absolute value. As a result, possible deviations in the absolute values of the calculated current vehicle speed are not so significant.
  • the slip control unit 13 outputs to an output current control signal Mc for the
  • the current correction amount (different from zero) can in each case preferably be subtracted from the output current I of the voltage converter 3 in all control scenarios, so that the output current I of the voltage converter 3 is reduced by the current correction amount.
  • the current correction amount may in principle assume any desired size, wherein the magnitude of the current correction amount may be dependent on a predetermined amount of the desired control effect of the traction slip control.
  • modification of the output current I of the voltage converter 3 by the current correction amount may be fully or partially maintained for a predetermined period of time to maintain the engine speed during this time
  • the traction control system implemented by the control device 10 can be activated for a short period of time in the range of a few seconds up to a generally unlimited long-term period of several minutes or even hours.
  • Fig. 3 shows a schematic illustration of a method 20 for
  • Traction control in an electric drive system for an electrically operated vehicle can be implemented in particular in an electric drive system 1 with a control device 10 according to FIGS. 1 and 2.
  • a calculation of a current vehicle speed of the vehicle can also be calculated from the determined current output current Im and a comparison of the calculated current value
  • the calculation in step 23a of the current vehicle speed of the vehicle may, for example, calculate a current drive torque from the determined current output current Im, purge the calculated current drive torque by a current drive resistance to calculate a drive torque applied to the wheels, and calculate the current vehicle speed of the vehicle via the adjusted applied to the wheels drive torque.
  • the output current I of the voltage converter 3 may also be at least temporarily biased with a current correction amount if the instantaneous wheel speed change of the wheels exceeds a second predetermined threshold and / or if the instantaneous change in wheel speed of the wheels is due to the change in calculated current
  • Vehicle speed of the vehicle deviates by more than a third predetermined threshold.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen eine n-phasige elektrische Maschine, n>1, speisenden Spannungswandler eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit einer Beobachtereinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine aktuelle Drehzahl der elektrischen Maschine und einen aktuellen Ausgabestrom des Spannungswandlers zu ermitteln, einer Berechnungseinheit, welche mit der Beobachtereinheit gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Drehzahl eine momentane Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs zu berechnen, und einer Schlupfregeleinheit, welche mit der Berechnungseinheit gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Ausgabestrom des Spannungswandlers zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

Description

Beschreibung Titel
Steuereinrichtung und Verfahren zur Antriebsschlupfregelung für ein elektrisches
Antriebssystem
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung sowie ein Verfahren zur
Antriebsschlupfregelung in einem elektrischen Antriebssystem, insbesondere in elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit Elektromotoren.
Stand der Technik In heutigen Kraftfahrzeugen werden häufig zusätzliche automatische und
halbautomatische elektronische System integriert, welche die Fahrstabilität des
Fahrzeugs verbessern, beispielsweise Antiblockiersysteme (ABS), elektronische
Stabilitätsprogramme (ESP) oder Traktionskontrollsysteme (TCS). Bei
Traktionskontrollsystemen sind eine Vielzahl von Sensoren notwendig, deren Messwerte direkt oder indirekt auf den Schlupf zwischen Untergrund und Fahrzeugrad schließen lassen. Übliche Sensoren sind Lenkwinkelsensoren, Drehratensensoren,
Beschleunigungssensoren und Radgeschwindigkeitssensoren.
Es besteht jedoch ein Bedarf an Lösungen für eine Antriebsschlupfregelung in
elektrischen Antriebssystemen, bei denen der Implementierungsaufwand der Regelung möglichst gering ist. Insbesondere besteht ein Bedarf nach einer Antriebsschlupfregelung, welche keine Raddrehzahlsensoren bzw. Radgeschwindigkeitssensoren beinhaltet.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft daher gemäß einem Aspekt eine Steuereinrichtung für einen eine n-phasige elektrische Maschine, n>1 , speisenden Spannungswandler eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit einer Beobachtereinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine aktuelle Drehzahl der elektrischen Maschine und einen aktuellen Ausgabestrom des Spannungswandlers zu ermitteln, einer Berechnungseinheit, welche mit der
Beobachtereinheit gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Drehzahl eine momentane Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs zu berechnen, und einer Schlupfregeleinheit, welche mit der Berechnungseinheit gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Ausgabestrom des Spannungswandlers zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag zu
beaufschlagen, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein elektrisches
Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einer n-phasigen elektrischen Maschine, mit n>1 , einem Spannungswandler, welcher mit der n-phasigen elektrischen Maschine gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine n-phasige
Versorgungsspannung für die elektrische Maschine bereitzustellen, und einer
erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, welche mit der elektrischen Maschine und dem Spannungswandler gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein
Ausgabestromregelsignal für den Spannungswandler zur Antriebsschlupfregelung bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein elektrisch
betriebenes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung in einem elektrischen Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, welches einen eine n-phasige elektrische Maschine, n>1 , speisenden Spannungswandler eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ermitteins einer aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine und eines aktuellen Ausgabestroms des Spannungswandlers, des Berechnens einer momentanen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Drehzahl, und des zumindest temporären Beaufschlagens des Ausgabestroms des Spannungswandlers mit einem mit einem Stromkorrekturbetrag, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Vorteile der Erfindung
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebsschlupfregelungssystem in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wie beispielsweise einem Elektroauto oder einem
Hybridfahrzeug zu realisieren, welches in dem elektrischen Antriebssystem bereits vorhandene Signalaufnehmer bzw. bekannte elektrische Parameter des Systems nutzt, um eine Entscheidung darüber treffen zu können, ob und in welchem Maße das
Sollmoment über eine Anpassung des Ausgabestroms des Spannungswandlers des elektrischen Antriebssystems reduziert werden soll. Ein Vorteil bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es, dass das Sollmoment immer dahingehend angepasst werden kann, dass möglichst viel Moment des Antriebs auf die Fahrbahn übertragen und ein Durchdrehen der Räder vermieden werden kann.
Ein erheblicher Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass keine zusätzlichen Sensoren wie Lenkwinkelsensoren, Drehratensensoren, Beschleunigungssensoren und Radgeschwindigkeitssensoren in dem elektrischen Antriebssystem bzw. dem Fahrzeug implementiert werden müssen, so dass die Implementierungskosten der
Antriebsschlupfregelung gering gehalten werden können.
Die Erfindung kann in Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, wie beispielsweise
Frontantrieb, Heckantrieb oder Allradantrieb eingesetzt werden. Elektrisch betriebene Fahrzeuge im Sinne der Erfindung können Fahrzeuge mit einem oder mehreren
Elektromotoren sein, welche gegebenenfalls zusätzlich noch über Verbrennungsmotoren verfügen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Steuereinrichtung kann die Berechnungseinheit dazu ausgelegt sein, aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom eine aktuelle
Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen und die berechnete aktuelle
Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs mit der von der ermittelten aktuellen Drehzahl abhängigen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs zu vergleichen, und den Ausgabestrom des Spannungswandlers zumindest temporär mit einem
Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die Radgeschwindigkeit der Räder von der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen zweiten vorbestimmten Schwellwert abweicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Steuereinrichtung kann die
Berechnungseinheit weiterhin dazu ausgelegt sein, aus dem ermittelten aktuellen
Ausgabestrom ein aktuelles Antriebsmoment zu berechnen, das berechnete aktuelle
Antriebsmoment um einen aktuellen Fahrwiderstand zur Berechnung eines an den Rädern anliegenden Antriebsmoments zu bereinigen und das bereinigte an den Rädern anliegende Antriebsmoment zur Berechnung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs heranzuziehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Steuereinrichtung kann die
Schlupfregeleinheit weiterhin dazu ausgelegt sein, den Ausgabestrom des
Spannungswandlers zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder von der Änderung der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen dritten vorbestimmten Schwellwert abweicht. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Verfahren weiterhin die Schritte des Berechnens einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom, des Vergleichens der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs mit der von der ermittelten aktuellen Drehzahl abhängigen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs, und des zumindest temporären Beaufschlagens des Ausgabestroms des Spannungswandlers mit einem Strom korrekturbetrag umfassen, wenn die Radgeschwindigkeit der Räder von der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen zweiten vorbestimmten Schwellwert abweicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Berechnen der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs ein Berechnen eines aktuellen Antriebsmoments aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom, ein Bereinigen des berechneten aktuellen Antriebsmoments um einen aktuellen Fahrwiderstand zur
Berechnung eines an den Rädern anliegenden Antriebsmoments, und ein Berechnen der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs über das bereinigte an den Rädern anliegende Antriebsmoment umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Verfahren weiterhin den Schritt des zumindest temporären Beaufschlagens des Ausgabestroms des
Spannungswandlers mit einem Strom korrekturbetrag umfassen, wenn die momentane
Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder von der Änderung der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen dritten
vorbestimmten Schwellwert abweicht. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung zur
Antriebsschlupfregelung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Antriebsschlupfregelung in einem elektrischen Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein elektrisches Antriebssystem 1 mit einem Fahrerwunschaufnehmer 9, einer Fahrzeugsteuereinheit 2, einem Spannungswandler 3 und einer elektrischen Maschine 4. Die Einspeisung von mehrphasigem Strom in die elektrische Maschine 4 wird durch einen Spannungswandler 3, beispielsweise in Form eines Pulswechselrichters, bewerkstelligt. Dazu kann eine von einem (nicht gezeigten) Gleichspannungszwischenkreis
bereitgestellte Gleichspannung in eine n-phasige Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet werden. Der Spannungswandler 3 dient der Spannungswandlung von Gleichspannung oder Wechselspannung, die durch ein oder mehrere (nicht gezeigte) Energiespeichereinrichtungen des Fahrzeugs bereitgestellt werden, in eine n-phasige Wechselspannung. Es kann auch möglich sein, dass die
Energiespeichereinrichtungen des Fahrzeugs in den Spannungswandler 3 integriert sind, beispielsweise in einem Batteriedirektumrichter (BDI). Dazu kann der Spannungswandler 3 Energiespeicherzellenmodule mit in Reihe geschalteten Batterien 5a bis 5n,
beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien aufweisen, die über Verbindungsleitungen mit Eingangsanschlüssen zugehöriger Koppeleinrichtungen verbunden. Die Koppelelemente der Koppeleinrichtungen können dabei derart angesteuert werden, beispielsweise mithilfe der Steuereinrichtung 10, dass die einzelnen Energiespeicherzellenmodule selektiv zur Spannungsversorgung der elektrischen Maschine 4 herangezogen werden. Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen können daher einzelne
Energiespeicherzellenmodule gezielt für die Bereitstellung einer momentanen
Ausgabespannung des Spannungswandlers 3 eingesetzt werden. Beispielhaft sind in Fig. 1 drei Phasenleitungen gezeigt, welche zur Ausgabe einer dreiphasigen Wechselspannung, beispielsweise für eine dreiphasige Drehstrommaschine 4, geeignet sind. Es ist jedoch klar, dass jede andere Anzahl n, n>1 , an Phasen für andere Maschinentypen ebenso möglich sein kann. Die elektrische Maschine 4 kann dabei beispielsweise eine Asynchronmaschine, eine Synchronmaschine, eine geschaltete Reluktanzmaschine oder eine Transversalflussmaschine umfassen.
Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 10, welche mit dem Spannungswandler 3 verbunden ist, und mithilfe derer der Spannungswandler 3 gesteuert werden kann, um die gewünschten Ausgangsspannungen an den jeweiligen Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine 4 bereitzustellen.
Der Fahrer des Fahrzeugs, in dem das elektrische Antriebssystem 1 implementiert ist, teilt dem System seinen Fahrerwunsch F über den Fahrerwunschaufnehmer 9 mit, beispielsweise ein Gaspedal oder ein sonstiges Eingabegerät. Der Fahrerwunsch F, beispielsweise ein Beschleunigen, ein Bremsen oder ein Halten der Geschwindigkeit wird von der Fahrzeugsteuereinheit 2 in ein entsprechendes angefordertes Moment Ms umgesetzt, mit welchem der Spannungswandler 3 beispielsweise über einen CAN-Bus als Sollsignal angesteuert wird. Der Spannungswandler 3 seinerseits bzw. die zugehörige Steuereinrichtung 10 stellt die Ausgabespannung bzw. den Ausgabestrom I am
Wandlerausgang, das heißt an den n Phasenleitungen, dergestalt ein, dass die elektrische Maschine 4 das gewünschte Solldrehmoment abgeben kann.
Die elektrische Maschine 4 bewegt dabei die angeschlossene Motorwelle mit einer Drehzahl n1 , welche gegebenenfalls über ein Getriebe 5 entsprechend der Übersetzung in eine zweite Drehzahl n2 transformiert werden kann. Das angeschlossene Differential 6 verteilt das Moment dann über eine Radachse 8 auf ein oder mehrere Räder 7a, 7b.
Neben der gewöhnlichen Steuerung für den Normalbetrieb des Spannungswandlers 3 kann die Steuereinrichtung 10 weiterhin eine Antriebsschlupfregelung des elektrischen
Antriebssystems 1 implementieren, wie weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung 10, welche beispielsweise in dem elektrischen Antriebssystem 1 der Fig. 1 eingesetzt werden kann. Die Steuereinrichtung 10 umfasst eine Beobachtereinheit 11 , welche dazu ausgelegt ist, eine aktuelle Drehzahl nm der elektrischen Maschine 4 und einen aktuellen
Ausgabestrom Im des Spannungswandlers 3 zu ermitteln. Die aktuelle Drehzahl nm kann beispielsweise direkt an der elektrischen Maschine 4 oder an der Motorwelle abgegriffen werden. Der aktuelle Ausgabestrom Im des Spannungswandlers 3 kann beispielsweise über einen Stromsensor 3a an den Phasenleitungen der elektrischen Maschine 4 abgegriffen werden. Die Beobachtereinheit 11 ist mit einer Berechnungseinheit 12 gekoppelt und übergibt die ermittelten Parameter nm und Im an die Berechnungseinheit 12. Diese wiederum kann dazu ausgelegt sein, aus dem ermittelten aktuellen
Ausgabestrom Im eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen.
Dazu kann die Berechnungseinheit 12 beispielsweise ein aktuelles Antriebsmoment aus dem Ausgabestrom Im berechnen. Das aktuelle Antriebsmoment ist hierbei proportional zum ermittelten Ausgabestrom Im. Durch Subtraktion eines geschwindigkeitsabhängigen Fahrwiderstands von dem aktuellen Antriebsmoment berechnet die Berechnungseinheit 12 ein bereinigtes Antriebsmoment, welches tatsächlich auf die Räder 7a, 7b wirkt. Über das geschätzte oder bekannte Fahrzeuggewicht ist es möglich, von dem bereinigten Antriebsmoment auf die Beschleunigung des Fahrzeugs zu schließen. Eine Integration über die aktuelle Beschleunigung des Fahrzeugs über einen Messzeitraum ermöglicht die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Um die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Berechnungseinheit 12 zu plausibilisieren bzw. deren Genauigkeit zu erhöhen, kann die Beobachtereinheit 11 weiterhin eine oder mehrere Eingangsgrößen vm zur Verbesserung der geschätzten
Fahrzeuggeschwindigkeit ermitteln. Die Eingangsgröße vm kann beispielweise eine dem GPS-System des Fahrzeugs bekannte Fahrzeuggeschwindigkeit oder ein ähnlicher externer Parameter sein. Die Berechnungseinheit 12 kann diese Eingangsgröße vm bei der Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend
berücksichtigen.
Zudem ist es möglich, die Fahrzeuggeschwindigkeit im Rahmen von Randbedingungen bei bekannten Fahrsituationen zu korrigieren. Beispielsweise kann bei sehr geringem Fahrmoment, welches über einen gewissen Zeitraum anliegt darauf geschlossen werden, dass die Radgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Es kann bei positivem Antriebsmoment auch darauf geschlossen werden, dass die
Fahrzeuggeschwindigkeit die Radgeschwindigkeit nicht unterschreiten darf.
Die Berechnungseinheit 12 kann schließlich die berechnete aktuelle
Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs mit der von der ermittelten aktuellen Drehzahl nm abhängigen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs vergleichen. Insbesondere kann die Berechnungseinheit 12 über den Vergleich von Fahrzeuggeschwindigkeit und Radgeschwindigkeit einen zeitabhängigen Verlauf des Schlupfs der Räder 7a, 7b ermitteln. Dieser Verlauf des Schlupfs kann an eine Schlupfregeleinheit 13 weitergegeben werden, welche mit der Berechnungseinheit 12 gekoppelt ist.
Die Schlupfregeleinheit 13 kann dazu ausgelegt sein, den Ausgabestrom I des
Spannungswandlers 3 (und damit das Sollmoment) zumindest temporär mit einem
Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die Radgeschwindigkeit der Räder von der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert abweicht, das heißt, wenn der Schlupf der Räder den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Da diese Art der Antriebsschlupfregelung stark von der Qualität der
Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnung bzw. -ermittlung abhängig ist, kann es vorteilhaft sein, auf einen Regelungsmechanismus zurückzugreifen, der nicht zwingend auf die Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnung angewiesen ist. Hierzu kann die
Schlupfregeleinheit 13 dazu ausgelegt sein, den Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen anderen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, das heißt, wenn eine zu schnelle Schlupfänderung vorliegt. Schließlich ist es alternativ oder zusätzlich dazu auch möglich, den Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 durch die Schlupfregeleinheit 13 zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die momentane Änderung der
Radgeschwindigkeit der Räder von der Änderung der berechneten aktuellen
Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen dritten vorbestimmten Schwellwert abweicht, das heißt wenn eine zu hohe Radbeschleunigung vorliegt. In letzterem Fall wird nicht auf den absoluten Wert der berechneten aktuellen
Fahrzeuggeschwindigkeit zurückgegriffen, sondern nur auf eine relative Änderung des absoluten Werts. Dadurch fallen mögliche Abweichungen bei den absoluten Werten der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit nicht so stark ins Gewicht.
Die Schlupfregeleinheit 13 gibt dazu ein Ausgabestromregelsignal Mc für den
Spannungswandler 3 zur Antriebsschlupfregelung ab, gemäß dessen die Ansteuerung des Spannungswandlers 3 derart modifiziert wird, dass der Ausgabestrom I des
Spannungswandlers 3 um den Stromkorrekturbetrag und damit das Ausgabemoment entsprechend verändert bzw. reduziert wird. Das Maß der Reduktion kann dabei anhand des berechneten Schlupfes bzw. der Änderung des Schlupfes und eines daraus ermittelten Reibbeiwertes eingestellt werden. Der (von Null verschiedene) Strom korrekturbetrag kann in allen Regelszenarien jeweils vorzugsweise von dem Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 abgezogen werden, so dass der Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 um den Stromkorrekturbetrag vermindert ist. Der Stromkorrekturbetrag kann dabei eine prinzipiell beliebige Größe annehmen, wobei die Größe des Stromkorrekturbetrags von einem vorbestimmten Maß des gewünschten Regeleffekts der Antriebsschlupfregelung abhängig sein kann.
Zur Stabilisierung kann die Modifizierung des Ausgabestroms I des Spannungswandlers 3 um den Stromkorrekturbetrag vollständig oder partiell über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden, um die Motordrehzahl während dieses
Stabilisierungszeitraums beobachten zu können. Falls sich der Antriebsschlupf nach diesem Stabilisierungszeitraum weiterhin in einem unzulässigen Bereich befinden sollte, kann ein weitergehender Regeleingriff über das Ausgabestromregelsignal Mc
vorgenommen werden. Falls sich die Räder 7a, 7b nach dem Regeleingriff jedoch wieder stabilisiert haben, wird nach dem Stabilisierungszeitraum die Reduktion des
Ausgabestroms I wieder aufgehoben.
Es kann auch möglich sein, einen zeitweise dauerhaften Schlupfregelungsbetrieb einzustellen, in dem der Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 dauerhaft oder längerfristig um den Strom korrekturbetrag modifiziert wird. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn eine spezielle Fahrsituation vorliegt, beispielsweise bei einer
Bergauffahrt auf verschneiter oder vereister Fahrbahn. Im Allgemeinen kann daher die durch die Steuereinrichtung 10 implementierte Antriebsschlupfregelung für einen kurzen Zeitraum im Bereich von wenigen Sekunden bis hin zu einer prinzipiell unbegrenzten längerfristigen Zeitspanne von mehreren Minuten oder gar Stunden aktiviert werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Illustration eines Verfahrens 20 zur
Antriebsschlupfregelung in einem elektrischen Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Das Verfahren 20 kann insbesondere in einem elektrischen Antriebssystem 1 mit einer Steuereinrichtung 10 gemäß Fig. 1 und 2 implementiert werden.
In einem ersten Schritt 21 erfolgt ein Ermitteln einer aktuellen Drehzahl nm der elektrischen Maschine 4 und eines aktuellen Ausgabestroms Im des Spannungswandlers 3. In einem zweiten Schritt 22 erfolgt ein Berechnen einer momentanen
Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Drehzahl nm. Schließlich kann in einem dritten Schritt 24 der Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag beaufschlagt werden, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Parallel zum Schritt 22 kann auch in den Schritten 23a und 23b jeweils ein Berechnen einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom Im und ein Vergleichen der berechneten aktuellen
Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs mit der von der ermittelten aktuellen Drehzahl nm abhängigen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs erfolgen, so dass dann in einem optionalen Schritt 24a der Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 zumindest temporär mit einem Strom korrekturbetrag beaufschlagt werden kann, wenn die
Radgeschwindigkeit der Räder von der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen zweiten vorbestimmten Schwellwert abweicht. Dabei kann das Berechnen in Schritt 23a der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs beispielsweise ein Berechnen eines aktuellen Antriebsmoments aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom Im, ein Bereinigen des berechneten aktuellen Antriebsmoments um einen aktuellen Fahrwiderstand zur Berechnung eines an den Rädern anliegenden Antriebsmoments, und ein Berechnen der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs über das bereinigte an den Rädern anliegende Antriebsmoment umfassen. Optional kann zusätzlich dazu in Schritt 24b der Ausgabestrom I des Spannungswandlers 3 ebenso zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag beaufschlagt werden, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen zweiten vorbestimmten Schwellwert überschreitet und/oder wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder von der Änderung der berechneten aktuellen
Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen dritten vorbestimmten Schwellwert abweicht.

Claims

Ansprüche 1. Steuereinrichtung (10) für einen eine n-phasige elektrische Maschine (4), n>1 ,
speisenden Spannungswandler (3) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit:
einer Beobachtereinheit (1 1), welche dazu ausgelegt ist, eine aktuelle Drehzahl (nm) der elektrischen Maschine (4) und einen aktuellen Ausgabestrom (Im) des
Spannungswandlers (3) zu ermitteln;
einer Berechnungseinheit (12), welche mit der Beobachtereinheit (1 1) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Drehzahl (nm) eine momentane Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs zu berechnen; und
einer Schlupfregeleinheit (13), welche mit der Berechnungseinheit (12) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Ausgabestrom (I) des Spannungswandlers (3) zumindest temporär mit einem Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet. 2. Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Schlupfregeleinheit (13) weiterhin dazu ausgelegt ist, aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom (Im) eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen und die berechnete aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs mit der von der ermittelten aktuellen Drehzahl (nm) abhängigen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs zu vergleichen, und den Ausgabestrom (I) des Spannungswandlers (3) zumindest temporär mit einem
Stromkorrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die Radgeschwindigkeit der Räder von der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen zweiten vorbestimmten Schwellwert abweicht. 3. Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Berechnungseinheit (12) weiterhin dazu ausgelegt ist, aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom (Im) ein aktuelles Antriebsmoment zu berechnen, das berechnete aktuelle Antriebsmoment um einen aktuellen Fahrwiderstand zur Berechnung eines an den Rädern anliegenden
Antriebsmoments zu bereinigen und das bereinigte an den Rädern anliegende
Antriebsmoment zur Berechnung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des
Fahrzeugs heranzuziehen. Steuereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die Schlupfregeleinheit (13) weiterhin dazu ausgelegt ist, den Ausgabestrom (I) des Spannungswandlers (3) zumindest temporär mit einem Strom korrekturbetrag zu beaufschlagen, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder von der Änderung der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen dritten vorbestimmten Schwellwert abweicht.
Elektrisches Antriebssystem (1 ) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit:
einer n-phasigen elektrischen Maschine (4), mit n>1 ;
einem Spannungswandler (3), welcher mit der n-phasigen elektrischen Maschine (4) gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine n-phasige Versorgungsspannung für die elektrische Maschine (4) bereitzustellen; und
einer Steuereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche mit der elektrischen Maschine (4) und dem Spannungswandler (3) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein Ausgabestromregelsignal (Mc) für den Spannungswandler (3) zur Antriebsschlupfregelung bereitzustellen.
Elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem nach Anspruch 5.
Verfahren (20) zur Antriebsschlupfregelung in einem elektrischen Antriebssystem (1) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, welches einen eine n-phasige elektrische Maschine (4), n>1 , speisenden Spannungswandler (3) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Ermitteln (21) einer aktuellen Drehzahl (nm) der elektrischen Maschine (4) und eines aktuellen Ausgabestroms (Im) des Spannungswandlers (3);
Berechnen (22) einer momentanen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Drehzahl (nm); und
zumindest temporäres Beaufschlagen (24) des Ausgabestroms (I) des
Spannungswandlers (3) mit einem Stromkorrekturbetrag, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Verfahren (20) nach Anspruch 7, weiterhin mit den Schritten:
Berechnen (23a) einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs aus dem ermittelten aktuellen Ausgabestrom (Im); Vergleichen (23b) der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs mit der von der ermittelten aktuellen Drehzahl (nm) abhängigen Radgeschwindigkeit der Räder des Fahrzeugs; und
zumindest temporäres Beaufschlagen (24a) des Ausgabestroms (I) des
Spannungswandlers (3) mit einem Stromkorrekturbetrag, wenn die Radgeschwindigkeit der Räder von der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen zweiten vorbestimmten Schwellwert abweicht.
9. Verfahren (20) nach Anspruch 8, wobei das Berechnen (23a) der aktuellen
Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst:
Berechnen eines aktuellen Antriebsmoments aus dem ermittelten aktuellen
Ausgabestrom (Im);
Bereinigen des berechneten aktuellen Antriebsmoments um einen aktuellen
Fahrwiderstand zur Berechnung eines an den Rädern anliegenden Antriebsmoments; und
Berechnen der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs über das bereinigte an den Rädern anliegende Antriebsmoment.
10. Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 8 und 9, weiterhin mit dem Schritt: zumindest temporäres Beaufschlagen (24b) des Ausgabestroms (I) des
Spannungswandlers (3) mit einem Stromkorrekturbetrag, wenn die momentane Änderung der Radgeschwindigkeit der Räder von der Änderung der berechneten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs um mehr als einen dritten vorbestimmten Schwellwert abweicht.
EP14821177.4A 2014-02-27 2014-12-22 Steuereinrichtung und verfahren zur antriebsschlupfregelung für ein elektrisches antriebssystem Active EP3110651B1 (de)

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